2.1.5. Risc-микропроцессоры

Долгое время считалось, что чем сложнее система команд процессора, тем лучше. Однако очевидно, что такой подход ведет к его усложнению и, следовательно, к усложнению технологии его производства. Это обстоятельство косвенно оказывает отрицательное влияние на быстродействие.

С середины 70-х гг. фирмой IBM, а затем и другими фирмами стали проводиться авангар­дистские работы совершенно в противоположном направлении — по упрощению системы команд с тем, чтобы каждая из них выполнялась за один такт. Эти исследования принесли положительные результаты, и в настоящее время выпускается ряд МП, построенных на RISC-основе. Идеал RISC-архитектур (инструкция за один такт) обычно не достигается. За выигрыш же в быстродействии приходится расплачиваться сложностью ПО. Достоинства RISC-архитек­туры состоят в следующем:

— в упрощении МП, а следовательно, в снижении его стоимости;

— в повышении быстродействия МП благодаря его простоте и однородности структуры команд, что позволяет выполнять комбинацию из нескольких команд быстрее, чем одну экви­валентную этой комбинации сложную команду;

— в уменьшении размеров МП.

RISC-МП обычно используются в АРМ, а также иногда монтируются в платы-акселераторы для ПЭВМ. Кроме того, такие МП находят применение в ПУ и адаптерах.

Самым мощным в настоящее время кремниевым RISC-МП является уже упоминавшийся прибор 80860 фирмы Intel. Он представляет собой фактически микропроцессорный вариант суперЭВМ Сгау-1 и содержит на одном кристалле 32-разрядный целочисленный процессор, 64-разрядный процессор плавающей точки, трехмерный графический процессор, кэш-память данных и команд, а также устройство управления памятью. Тактовая частота этого изделия составляет 40 МГц, а быстродействие — 33 млн. команд ЭВМ VAX фирмы DEC в секунду и 10 MFLOPS (Million Floating Point Operations per Second — млн. операций с плавающей точкой в секунду). Пиковое быстродействие МП 80860 характеризуется выполнением трех команд за один такт (в различных асинхронно функционирующих процессорах). Уже объявлен 50-МГц вариант данного изделия. Прибор 80860 несовместим с семейством МП 80x86 той же фирмы, но это не исключает возможности их совместного использования с общим полем памяти. Сейчас уже просматриваются следующие области применения МП 80860:

1) многопроцессорные системы, где приборы 80860 будут работать параллельно под управ­лением ОС UNIX;

2) высокопроизводительные графические АРМ, где МП 80860 будет использоваться в качестве основного процессора;

3) ПЭВМ на базе МП 80386 и 80486, где прибор 80860 будет играть роль акселератора, обеспечивая быстродействие большой ЭВМ.

Так, уже предлагается сопроцессорная плата Number-Smasher-860, содержащая МП 80860 и ОЗУ емкостью 8 Мбайт. Эта плата предназначена для ПЭВМ на МП 80286 — 80486 и имеет быстродействие 80 MFLOPS.

Среди других МП с RISC-архитектурой можно назвать:

1) 32-разрядный прибор Ат29000 фирмы AMD, имеющий быстродействие 17 млн. команда/с и работающий на частоте 25 МГц;

2) 64-разрядный прибор Sparc-H (Spare — Scalable Processor ARChitecture — расширяемая архитектура процессора) фирмы Fujitsu Microelectronics, характеризующийся быстродействием 25 млн. команда/с при тактовой частоте 25 МГц (полностью реализован RISC-подход);

3) 32-разрядный прибор 88100 из микропроцессорного набора 88000 фирмы Motorola, работающий на частоте 20 МГц и содержащий на кристалле целочисленный процессор, процессор плавающей точки, а также устройство управления памятью (кэш-память реализована в отдельной ИМС). Интересен тот факт, что фирма AMD сообщила об отказе от выпуска МП Ат29000 (видимо, в связи с жесткой конкуренцией в этой области).

Уникальными характеристиками обладает разработанный в 1988 г. 32-разрядный арсенид-галлиевый МП компании Texas Instruments, способный работать на частоте 100 МГц и имеющий шестиуровневую внутреннюю конвейерную архитектуру. Он создан по заказу Управления перс­пективных НИОКР Министерства обороны США (DARPA) для военных приложений. Планируется увеличение тактовой частоты данного прибора до 200 МГц.